moreira, a.j. tratamentos e aplicaçoes prevenir biodeterioro. 2009

8/6/2019 Moreira, A.J. Tratamentos e aplicaoes prevenir biodeterioro. 2009

1/62

- 0 -

Departamento de Conservao e Restauro

Faculdade de Cincias e Tecnologia da Universidade Nova de Lisboa

AVALIAO DA EFICCIA DE TRATAMENTOS CONVENCIONAIS EAPLICAES ALTERNATIVAS PARA PREVENIR A BIODETERIORAO E

PATRIMNIO CULTURAL

Ana Josina Moreira Duarte Fonseca

Dissertao de Mestrado em Conservao e Restaurorea de especializao: Pedra

Orientador Cientfico: Professor Doutor Fernando Pina

Co-orientador cientfico: Professora Doutora Maria Filomena Macedo

Co-orientador Cientfico: Doutor Nuno Leal

Monte da Caparica, 2009


2/62

- 1 -

Agradecimentos

Em primeiro lugar agradeo ao Professor Doutor Fernando Jorge da Silva Pina, orientador deste trabalho, peladisponibilidade para colaborar comigo, pela apresentao e sugesto do tema, e pelos ensinamentos eesclarecimentos prestados ao longo do meu trabalho.

Professor Doutora Maria Filomena Macedo, co-orientadora deste trabalho, pelo acompanhamento regular domeu trabalho, pelas sugestes dadas e pelo apoio que sempre demonstrou.

Ao Doutor Nuno Leal, co-orientador deste trabalho, pela disponibilidade, quer para o esclarecimento das maivariadas dvidas, quer pelas sugestes oportunas e conselhos teis.

Ao Departamento de Conservao e Restauro e ao Departamento de Qumica da Faculdade de Cincias eTecnologia da Universidade Nova de Lisboa

Ao Departamento de Cincias da Terra da FCT-UNL pela cedncia do espao para a incubao das amostrasParques de Sintra Monte da Lua , em particular ao Arq. Jos Maria de Carvalho e ao Dr. Jos Carneiro pela

oportunidade de realizar o meu trabalho experimental neste maravilhoso monumento que o Palcio Nacional daPena

AoInstituto de Recursos Naturales y Agrobiologia de Sevilha - Consejo Superior de Investigaciones Cientificas,projecto CSIC-FCT- 2007PT0041 , em particular Dr. Ana Miller, Dr. Leonila Laiz, Dr. Anna Romanowska-Deskins e ao Doutor Cesareo Saiz-Jimenez pela disponibilidade na realizao das anlises por mtodos debiologia molecular.

s firmasAreipor e Soarvamil pela cedncia das areias utilizadas no fabrico das argamassas.Ao Sr. Rui Soares da empresaPEDRAMALBA pelo esclarecimento do mtodo de fabrico das argamassasAolaboratoires Anios pela cedncia do biocida Anios D.D.S.H.

s minhas colegas Isabel Ferreira e Mathilda Larsson pela ajuda e apoio no decorrer deste trabalho.` minha famlia, namorado e amigos agradeo o apoio e amizade.

minha me, um especial agradecimento pelo carinho, compreenso e incentivo prestado ao longo da minhavida.

Obrigado a todos.

Em resultado do trabalho desta tese foi submetido um pedido provisrio de patente (Ttulo: Aplicao de umcomposto fotocatalisador em materiais de construo para prevenir, evitar e/ou eliminar a biodeteriorao erespectivos mtodos de preparao; Autores: Ana Josina Fonseca; Mathilda Larsson; Nuno Leal; Maria FilomenaMacedo e Fernando Pina)

Do presente trabalho resultou tambm uma apresentao oral que ser efectuada na conferncia The 2ndEuropean Students Conference on Objects Conservation a realizar na Helsinki Metropolia University of AppliedSciences Faculty of Culture and Creative Industries de 1 a 3 de Outubro de 2009.


3/62

- 2 -

Resumo................................................................................................................................................... - 3 -Introduo .................................................................................................................................................... 4

1.1 Objectivos da investigao ..................................................................................................................... 4

1.2 Estado Actual dos Conhecimentos ......................................................................................................... 4

1.2.1 Biodeteriorao dos materiais de construo .................................................... ................................. 41.2.2 Mtodos convencionais de controlo da biodeteriorao.......................................... ....................... 5

1.3 Explorao de mtodos alternativos para o controlo da biodeteriorao .......................................... 7

1.3.1 - Processo fotocataltico dos semicondutores ................................................... .................................. 7

1.3.2 - O dixido de titnio (TiO2) como fotocatalisador .............................................. ............................... 8

2. Materiais e mtodos ..................................................... ................................................ .......................... 10

2.1 Produtos qumicos seleccionados.................................................. .................................................. ..... 10

2.2 Materiais de construo seleccionados...................................................... .......................................... 10

2.3 - Metodologia de aplicao dos tratamentos ....................................................... ................................ 11

2.3.1- Testes em laboratrio ...................................................................................................................... 11

2.3.2- Testes in situ aplicados em patrimnio cultural .................................................. ............................. 12

2.4 - Caracterizao do TiO2 (P25-Degussa) puro e dopado com Fe+3 ................... .................................. 13

2.5 Material Biolgico seleccionado .................................................... .................................................. ..... 14

2.5.1 - Inoculao e inubao dos provetes com microrganismos fotossintticos .................................... 14

2.6 Avaliao da eficcia dos tratamentos aplicados ................................................................................. 14

2.6.2 Caracterizao Colorimtrica ................................................... .................................................. ..... 15

3.Resultados e Discusso ................................................ .................................................. .......................... 16

3.1- Identificao da comunidade biolgica presente nas paredes do Palcio da Pena ............................ 16

3.2 Caracterizao do TiO2 (P25 Degussa) puro e dopado com Fe+3 .................................................. 16

3.2.1 Espectroscopia de Raman ........................................................ .................................................. ..... 16

3.2.2 Microscopia electrnica de varrimento (SEM) .................................................. ............................. 17

3.2.3 Caracterizao das propriedades dos filmes de TiO2, puros e dopados com Fe. .......................... 18

3.3 Avaliao da eficcia dos tratamentos aplicados em laboratrio ..................................................... 18

3.3.1 Quantificao da clorofila, determinada por espectrofluorimetria com fibra ptica .................... 18

3.3.2- Quantificao da clorofila a , determinada pelo mtodo de extraco .............. ............................. 21

3.4 Avaliao da eficcia dos tratamentos aplicados in situ em patrimnio cultural .............................. 25

3.4.1 Caracterizao colorimtrica ................................................... .................................................. ..... 25

4. Concluses .............................................................................................................................................. 27

5-Perspectivas Futuras................................................................................................................................ 27

Anexos ........................................................................................................................................................ 30

ndice


4/62

- 3 -

Resumo Recentemente, o desenvolvimento de mtodos eficazes para o controlo da biodeteriorao do patrimnio

cultural tem chamado a ateno de investigadores na rea da Conservao e Restauro. neste contexto quesurge esta investigao que tem como objectivo principal a avaliao e comparao da eficcia de tratamentosqumicos convencionais e aplicaes alternativas de modo a determinar a melhor forma de prevenir a

biodeteriorao dos materiais.Foram testados dois biocidas de largo espectro, o Biotin T , frequentemente utilizado na limpeza do patrimnio

cultural ptreo, e o Anios D.D.S.H, desinfectante utilizado em mbito hospitalar, nunca antes aplicado a patrimncultural. Ambos os produtos so derivados de sais de amnia quaternria. Como produto alternativo aos biocidas,seleccionou-se o dixido de titnio (TiO2), sob a forma de anatase (P25 da Degussa).

O TiO2 (anatase) um poderoso agente redutor e oxidante, que quando activado pela radiao UV, conseguedegradar a matria orgnica atravs de reaces redox com algumas molculas do meio ambiente (H2O e O2).Desta forma, as propriedades fotocatalticas e super-hidroflicas deste semicondutor possibilitam conferir aomateriais de construo excelentes propriedades de auto-limpeza os chamados self-cleaning materials, que,inibem o crescimento de microrganismos e mantm os materiais constantemente limpos. Alm disso, o facto de oTiO2 no ser um composto txico constituia priori uma boa alternativa aos produtos biocidas convencionais.

A avaliao e comparao da eficcia dos tratamentos foi estudada quer em laboratrio, atravs da inoculaode microrganismos fotossintticos em provetes de argamassas, querin situ, atravs da aplicao de soluesaquosas dos trs produtos em patrimnio cultural edificado, no Palcio Nacional da Pena, em Sintra.

Nos testes laboratoriais, o TiO2 foi aplicado aos provetes por diferentes metodologias. O processo de dopagemdo TiO2 com o Fe+3 foi tambm testado com o objectivo de desviar a sua aco fotocataltica da gama espectralUV para a gama de luz visvel, estendendo assim a sua performance. O TiO2 puro e dopado foi caracterizado pordiferentes tcnicas de anlise, nomeadamente: Espectroscopia de Raman, SEM-EDX e Espectroscopia UV-VIS deReflectncia difusa.

Em laboratrio a metodologia de avaliao da eficcia dos tratamentos aplicados foi realizada da seguinteforma: 1) Aplicao do TiO2 durante o processo de fabrico dos provetes de argamassa; 2) Inoculao dos provetescom uma cultura lquida de microrganismos fotossintticos; 3) Incubao dos provetes em ambiente exteriordurante um perodo de 4 meses; 4) Monitorizao do crescimento biolgico atravs de tcnicas de quantificaoda clorofilaa ; 5) Aplicao dos 2 biocidas (Anios D.D.S.H e Biotin T) aps o crescimento dos microrganismos; 6Nova determinao do crescimento biolgico nos provetes onde se aplicaram os biocidas.

Nos testes realizados in situ em patrimnio cultural, a avaliao da eficcia dos tratamentos foi realizadaatravs de medies colorimtricas segundo o modelo CIELAB.

Aps a avaliao da eficcia dos tratamentos, em laboratrio ein situ , conclui-se que a aplicao do TiO2

constitui uma excelente alternativa aplicao de biocidas.

Palavras-chave: Preveno da biodeteriorao; Fotoqumica; Fotodegradao; Materiais Inteligentes


5/62

4

Introduo1.1 Objectivos da investigao

O objectivo principal desta investigao o estudo e a comparao de mtodos qumicos convencionais emtodos alternativos para o controlo da biodeteriorao em argamassas, fenmeno que constitui um dosprincipais problemas para a manuteno e conservao do patrimnio cultural edificado.

Para atingir este objectivo, recorreu-se seguinte metodologia:

1- Seleco dos produtos qumicos a aplicar nos tratamentos: dois biocidas (Anios D.D.S.H e Biotin T) e umfotocatalisador, o dixido de titnio (TiO2).

2- Avaliao da actividade anti-microbiana dos trs tratamentos em argamassas, quer em laboratrio,atravs da inoculao de provetes com microrganismos fotossintticos, querin situ, aplicando os tratamentos, emsoluo, em duas paredes do Palcio Nacional da Pena.

3- Avaliao e comparao da aco dos tratamentos atravs de diversas tcnicas analticas: quantificaoda clorofilaa , atravs do mtodo espectrofluorimtrico e atravs do mtodo de extraco, e mediescolorimtricas.

4- Seleco do tratamento mais eficaz na preveno da biodeteriorao de argamassas

1.2 Estado Actual dos Conhecimentos

1.2.1 Biodeteriorao dos materiais de construoOs materiais de construo utilizados em patrimnio cultural edificado, sejam materiais ptreos ou materiai

artificiais, esto sujeitos a diversos factores de alterao, tais como factores fsicos, qumicos e biolgicos que, emconjunto, afectam a sua durabilidade.

Esta investigao foca-se essencialmente na importncia do decaimento biolgico dos materiais de construoutilizados em patrimnio cultural edificado, processo este que, nos ltimos anos, representa uma preocupaosria para a manuteno e conservao da herana cultural, uma vez que se estima que aproximadamente 30%da alterao visvel em materiais de construo seja devida a factores biolgicos [1].

Os biofilmes presentes nas superfcies exteriores do patrimnio cultural edificado constituem um vastoecossistema, resultante de uma sucesso ecolgica estabelecida ao longo de vrios anos. Estes microrganismos(fungos, bactrias, lquenes, microalgas e cianobactrias) desempenham um papel fundamental na deterioraode vrios monumentos e edifcios histricos [2]. Contudo devido ao seu carcter fotoautotrfico e sua elevadacapacidade de sobrevivncia em ambientes inspitos, os microrganismos fotossintticos, como as microalgasverdes (Chlorophyceae), as cianobactrias (Cyanophyceae), so os que mais ocorrem nas superfcies expostasdo patrimnio cultural, provocando uma severa biodeteriorao [3, 4]. Os microrganismos fotossintticos sresponsveis pelo desenvolvimento e crescimento da sucesso ecolgica que os precede pois o seu carcterautotrfico permite que produzam uma biomassa orgnica (derivada da sua actividade metablica) que serve de

alimento aos organismos heterotrficos (por exemplo, fungos), promovendo assim o desenvolvimento de umabiocenose mais complexa [3, 5,6].

Em todos os tipos de substratos, existem espaos fsicos preferidos pelos organismos fotossintticos.Geralmente estes espaos so caracterizados por conterem uma elevada capacidade de reteno de gua e porserem zonas protegidas da radiao solar directa, mas com luz suficiente para que possam realizar a fotossntese(buracos, fissuras, poros). Os biofilmes produzidos por estes microrganismos so constitudos por uma matrizorgnica de polmeros extracelulares (Extracellular Polymeric Substances - EPS), que, por um lado, facilita adeso ao substrato e, por outro, tem a capacidade de absorver gua e ret-la durante um longo perodo de


6/62

5

tempo, tornando-os resistentes a situaes de desidratao e exposio a radiao solar intensa [4, 7].Normalmente, os EPS representam cerca de 50-90% da totalidade da matria orgnica presente nos biofilmes [8].A aco destes microrganismos fotossintticos conduz a alteraes cromticas e alteraes das propriedadesfsicas e qumicas do substrato que, em conjunto, aceleram a degradao biognica do material [5, 9]. De umponto de vista esttico, a presena de patinas coloridas e de incrustaes provocadas pela aco biognicadesfigura o aspecto original dos monumentos, o que coloca em risco o seu valor cultural.

A biodeteriorao dos materiais devida a processos biogeoqumicos e biogeofsicos que actuamsimultaneamente. [7]. Os processos biogeoqumicos envolvem a alterao das propriedades intrnsecas dosubstrato, atravs da aco qumica dos microrganismos. Esta alterao pode dever-se, por um lado, a acesdos prprios microrganismos, que utilizam o substrato como fonte de nutrientes e, por outro lado, sua actividademetablica [7, 9]. Os microrganismos fotossintticos conseguem obter alguns dos nutrientes necessrios para oseu metabolismo (Ca, Al, Fe, K) atravs da biossolubilizao de minerais presentes nos materiais de construo.Este processo denominado biocorroso, envolve a produo de cidos orgnicos derivados da aco metablicados microrganismos. A biocorroso dos processos biogeoqumicos mais bem conhecidos, sendo um dos maisnefastos para os materiais [6, 10]. Os efeitos biogeoqumicos da aco biolgica so facilmente visveis atravs dapresena de pigmentos e dos EPS, que influenciam a cor e a integridade estrutural da superfcie.

A formao de filmes biognicos no interior dos poros do substrato induz stress mecnico devido ao facto deestes sofrerem alteraes de volume consoante existe mais ou menos gua, conduzindo a alteraes no tamanhodos poros, da sua distribuio e do sistema de circulao da gua, provocando fenmenos de desagregao dosubstrato, o que acelera a deteriorao biogeofsica dos materiais [11, 12].

O conhecimento da biodiversidade dos principais microrganismos colonizadores do patrimnio culturaedificado assume-se, assim, como uma etapa fundamental para compreender os mecanismos envolvidos nabiodeteriorao dos materiais e, consequentemente, para propor tratamentos de conservao eficazes eadequados a cada tipo de material. A maior parte dos estudos relativos identificao da biocenose fotossintticaocorrente em patrimnio cultural edificado em pedra, localizado na Bacia Mediterrnica, refere a existncia de umelevada biodiversidade, no entanto podemos afirmar que a maioria das microalgas verdes pertence aos, gnerosChlorella e Stichococcus [2, 5, 13], enquanto que as cianobactrias mais frequentes pertencem aos gnerosGleocapsa, Phormidium e Chroococcus [5, 13-16].

1.2.2 Mtodos convencionais de controlo da biodeterioraoA eficcia dos tratamentos que evitam a biodeteriorao depende dos produtos escolhidos e dos mtodos

aplicados. Normalmente, de entre todos os mtodos de interveno (mecnicos, fsicos, biolgicos, bioqumicos equmicos), a utilizao de mtodos qumicos, como a aplicao de biocidas, tem sido dos mtodos mais usadosem tratamentos de conservao, nomeadamente de edifcios histricos e monumentos [17]. Os biocidas soprodutos qumicos que inibem e/ou destroem a actividade metablica dos microrganismos, interferindo com asuas funes vitais, como por exemplo a fotossntese ou a respirao [15, 18]. Contudo, a escolha do biocida ideal uma tarefa difcil, pois requer uma profunda anlise do biocida, tendo em conta a sua natureza qumica (orgnicaou inorgnica), tipo de microrganismos a eliminar (algicida, fungicida, bactericida), o seu mecanismo de aco tipo de formulao (p, liquido, gs). Relativamente ao mecanismo de aco, os biocidas podem ser classificadoscomo: electroflicamente activos ou activos ao nvel da membrana ou compostos quelantes [8]. Os biocidas activosao nvel da membrana ou quelantes incluem os seguintes compostos: lcoois, fenis, cidos salicilanilidas, dibenzamidas, sais de amnio, entre outros. Estes compostos actuam inicialmente por adsorver a parede celulardos microrganismos. Este processo de adsoro provoca alteraes na membrana exterior e ao longo da parede


7/62

6

celular, que vai perdendo a sua integridade, permitindo que as molculas dos produtos biocidas cheguem membrana citoplasmtica, onde actuam de forma letal [8]. Os biocidas classificados como electrofilicamentactivos representam a maior parte dos biocidas actualmente usados, contando-se entre eles os aldedos e oscompostos organo-metlicos. O efeito anti-microbiano destes produtos advm do facto de estes compostosprocurarem substratos que contenham uma elevada densidade electrnica, como os componentes nucleoflicos daclula microbiana [8].

O conhecimento da natureza qumica do biocida a aplicar extremamente importante, sobretudo devido sinterferncias que o produto biocida possa ter com o substrato. Quando mal seleccionados, os biocidas poderoinduzir reaces qumicas indesejveis no substrato e alteraes cromticas, como amarelecimento oubranqueamento, modificaes no brilho ou na diafaneidade da superfcie [18]. Contudo, o grau de interferncia dproduto com o substrato relaciona-se tambm com a sua forma de aplicao. Os produtos podem ser aplicadospor diferentes mtodos:spray , pincel/escovas, injeco, fumigao, p ou granulado. A escolha do mtodo deaplicao depende da concentrao que se queira aplicar, do tempo de contacto, da natureza qumica do produto,das condies atmosfricas no momento de aplicao e, por ltimo, mas no menos importante, das propriedadesqumicas e fsicas do substrato e das condies de conservao do mesmo. A aplicao de solues diludas debiocidas atravs de pincel ouspray a forma mais comum de aplicao em patrimnio cultural edificado [7, 17].

Assim, antes de qualquer aplicao de um produto qumico, necessrio garantir a compatibilidade qumica efsica entre o biocida e o substrato. Se no existir nenhuma informao relativa ao produto, fundamental recorrerinicialmente a testes laboratoriais, utilizando provetes do mesmo tipo de substrato, simulando as mesmascondies a que o material se encontra sujeito [7].

A anlise da natureza qumica do produto biocida facilitar o cumprimento dos principais requisitos a ter emconta: a eficcia do produto na eliminao dos microrganismos, a interferncia com o substrato, os riscos para omeio ambiente e sade publica (toxicidade) e os efeitos a longo prazo [19]. A eficincia do biocida definida tendem conta trs parmetros: a dose do produto (quantidade de produto por rea de aplicao), o espectro de acoe a persistncia do produto. O biocida ideal dever actuar com eficcia no momento desejado e ser o menostxico possvel. Um produto de longa persistncia, aplicado em alta concentrao, ser mais eficaz contra osmicrorganismos a eliminar, mas pode causar srios danos ao meio ambiente e sade pblica.

Analisando o mercado actual, podemos constatar que os produtos biocidas mais frequentemente aplicados sobaseados em produtos antigos, que foram introduzidos no mercado h dcadas. Normalmente, estes biocidas soconvencionalmente formulados para uso na agricultura e na medicina, existindo poucos registos ourecomendaes sobre formulaes comerciais especficas para uso em conservao do patrimnio culturaledificado, sendo a compatibilidade biocida/substrato raramente considerada. Contudo, aps uma pesquisabibliogrfica sobre biocidas comerciais de largo espectro mais utilizados em tratamentos de conservao empatrimnio cultural edificado, foi possvel concluir que os biocidas considerados mais eficientes e mais adequadoso os compostos de amnia quaternria [7, 8, 20-22]. Estes compostos de amnia quaternria (QACs) so

agentes surfactantes catinicos que exibem elevada actividade e estabilidade a longo prazo, mesmo quandoaplicados em baixas concentraes. Segundo certos autores, estes produtos exibem baixa interferncia com osminerais dos substratos [15].Os QAC`s so biocidas de largo espectro: algicidas, bactericidas e fungicidas. Comobiocidas de superfcie activa catinica so classificados, segundo o mecanismo de aco, como activos ao nvelda membrana. Estes compostos so atrados pela superfcie carregada negativamente da clula domicrorganismo. A parede celular vai perdendo a sua funo protectora e os agentes activos do biocida chegam membrana citoplasmtica, destruindo a sua integridade estrutural. A actividade antimicrobiana dos compostos de


8/62

7

amnia quaternrios depende da sua estrutura e tamanho (Fig. 1). Um grupo alquilo de cadeia longa, com 12 a 16tomos de carbono essencial para a sua eficcia [8].

R2 R1N X-

R3 C12-16alquilo

Fig. 1- Estrutura qumica de um composto de amnia quaternrio; onde R representa um grupo alquilo e X um halogneo(Br, I, Cl) Adaptado de [8]

1.3 Explorao de mtodos alternativos para o controlo da biodeteriorao dosmateriais de construo

Nos ltimos anos, a aplicao de biocidas tem sido alvo de um julgamento depreciativo. Por um lado, porquestes produtos no promovem uma proteco a longo prazo contra a biodeteriorao, muitas vezes devido aodesenvolvimento de mecanismos de resistncia por parte dos microrganismos, tendo que ser novamentereaplicados [23]. Por outro lado porque muitos destes produtos podem induzir problemas ambientais e de sadepblica, devido toxicidade e sobredosagem [17].

Desta forma, face importncia da conservao do patrimnio cultural, surge a necessidade de uma poltica desustentabilidade do patrimnio que seja auto-sustentvel e compatvel com o meio ambiente.

A exigncia de aplicaes cientficas cada vez mais sofisticadas que acompanhem o desenvolvimentotecnolgico actual levou a que esta investigao se focasse no desenvolvimento de materiais self-cleaning queexibam propriedades anti-microbianas e super-hidroflicas e que sejam simultaneamente compatveis com o meioambiente e com o substrato. Uma das formas estudadas neste trabalho para conseguir o desenvolvimento destetipo de materiais, partiu dos chamados Processos Avanados de Oxidao (PAO`s), em particular da fotocatliseheterognea dos semicondutores eficiente na degradao da matria orgnica. Apresenta-se em seguida adescrio detalhada do processo fotocataltico destes semicondutores.

1.3.1 - Processo fotocataltico dos semicondutoresOs semicondutores so caracterizados por possurem duas bandas de energia distintas: uma banda de

valncia de baixa energia e uma banda de conduo de alta energia. A fotocatlise de um semicondutor activada atravs da radiao UV. A absoro de fotes de energia igual ou superior ao hiato de energia, (E Ebandgap), promove um electro (e-) da banda de valncia para o estado excitado (banda de conduo), gerando nabanda de valncia uma lacuna positiva (h+) (Fig 2). Assim que os fotes so absorvidos, so formados pares de e-

/h+ (electres/lacunas). A este processo chama-se a fotocatlise de um semicondutor, sempre com uma energiade Gibbs negativa: G


9/62

8

Fig. 2- Representao esquemtica do processo fotocataltico de um semicondutor (TiO2); (esquema retirado de [24])

O destino destes pares e- /h+ varivel [25, 26]: 1. Podero ficar presos em armadilhas superficiais ou em armadilhas internas no cristal2. Podero recombinar, no-radiativamente ou radiativamente, dissipando a energia excitada sob a forma de calor.3. Podero migrar para a superfcie e reagir com aceitantes e doadores (oxignio e a gua) e formar radicais

hidroxilo bastante reactivos, atravs de reaces redox com as molculas do meio ambiente. As seguintes

equaes resumem os processos avanados de oxidao dos semicondutores, sendo a equao 4 responsvelpela degradao e mineralizao da matria orgnica.

TiO2 + h TiO2 + e- e h+ [eq 1]

e- + O2 O2.- [eq 2]h+ + H2O HO. + H+ [eq 3]

HO. + Matria orgnica xCO2 + yH2O [eq 4][eq 1]-Fotocatlise do TiO2; gnese de pares e- /h+

[eq 2] Reaco de Reduo O electro (e-) reage com o oxignio molecular presente na atmosfera e gera o aniosuperxido, que por sua vez uma espcie muito reactiva[eq 3]-Reaco de Oxidao : A lacuna fotogerada (h+) reage com a gua para formar o radical hidroxilo.[eq 4]-Degradao da matria orgnica

1.3.2 - O dixido de titnio (TiO2) como fotocatalisadorEm 1972, Fujishima e Honda [27], descobriram a diviso fotoelectroqumica da molcula da gua (H2O) nos

elctrodos de TiO2, sob radiao UV: (H2O Pt TiO2 H2 + O2) [5][19][45]. Este acontecimento marcou o incioda era da fotocatlise heterognea do TiO2 [26].

Devido ao seu elevado poder oxidante e redutor (E=2,8 V; Egap= 3,2 eV), o TiO2 um dos fotocatalisadoresmais eficientes usados em processos de limpeza ambiental (para a degradao de poluentes orgnicos ecompostos aromticos), na converso e armazenamento de energia solar e tambm na rea da medicina(inactivao de bactrias, vrus e clulas cancergenas) [28,29].

Recentemente, as nanopartculas de TiO2 (< 100 nm) tm atrado a ateno dos investigadores das reas dananocincia e da nanotecnologia. Quando o tamanho de partcula diminui, a razo rea/volume aumentadrasticamente e consequentemente a rea superficial relativa aumenta tambm. Para o caso em anlise, estacaracterstica bastante vantajosa, j que a maior parte das reaces fotoqumicas ocorrem na superfcie daestrutura cristalina do TiO2. Assim, as propriedades fsicas promovidas pelas nanopartculas elevam a energia dehiato (Egap) do TiO2, tornando-o mais fotoactivo e mais eficiente [25, 26,30]. De todas as formulaes denanopartculas de TiO2 existentes, a formulao P-25 daDegussa Corporation das mais utilizadas emexperincias descritas na literatura [30].

O TiO2 existe na natureza sob trs formas cristalinas: anatase, rtilo e brookite, sendo o rtilo a forma maisfrequente. Contudo, apesar de esta forma ser a mais abundante, a anatase a forma que possui o potencialfotoactivo mais elevado de todas as fases cristalinas do TiO2 [31, 32]. No entanto, a sua aplicao tecnolgica dificultada, devido elevada energia de hiato (Egap 3,2 eV), que limita a fotoreactividade do TiO2 gama espectralUV ( 390 nm).

Neste trabalho pretende-se estudar o processo fotocataltico do TiO2 sob a aco da luz solar, de forma areproduzir as condies naturais a que os monumentos se encontram normalmente sujeitos. Assim, a energianecessria para a fotocatalse apenas utilizar a radiao UV-prxima (< 380 nm), sendo de esperar que a


10/62

9

capacidade fotocataltica do TiO2 em degradar a matria orgnica seja muito mais baixa que quando apenassujeita aco de uma lmpada UV, j que a proporo e intensidade da radiao UV no espectroelectromagntico da radiao solar pequena (5 10 %) em relao radiao visvel (45%) [26].

O ultrapassar da limitao da actividade fotocataltica do TiO2 gama espectral UV tem sido resolvido atravsde vrios mtodos de dopagem que modificam a superfcie do semicondutor: 1) dopagem do TiO2 com metais detransio; 2) dopagem do TiO2 com elementos no metlicos (por exemplo: N); 3) acoplamento de doissemicondutores (por exemplo: CdS e TiO2); 4) sintetizao da superfcie.

De entre estes mtodos, a dopagem das partculas de TiO2 com caties metlicos (TiO2-M+) tem sido dosmtodos mais descritos e estudados. A adio de metais de transio estrutura cristalina do TiO2 permiteestender a absoro para a regio da luz visvel modificando, assim, a sua eficcia fotocataltica, (Fig. 3) [26, 33].

Fig. 3-Espectro de radiao solar; A) Gama espectral UV utilizada para a fotocatlise do TiO2 ( 5% da intensidadetotal do espectro electromagntico); B) Gama espectral utilizada para a fotocatlise do TiO2 dopado com um elemento metlico

( 45% da intensidade total do espectro electromagntico) [34].

A reactividade fotocataltica do TiO2-M+ depende de vrios factores, incluindo o mtodo de dopagem, aconcentrao do io dopante, o tratamento trmico (calcinao da amostra) e a configurao electrnica doagente dopante na estrutura cristalina da anatase. Segundo Xiabo Chen (2005) [26], o aumento da actividadefotocatalitica, atravs de mtodos de dopagem com metais de transio, encontra-se j provado para os seguinteselementos metlicos: Fe(III), Mo (V), Ru (III), Re(V), V (IV) e Rh (III) a 0,5%. Em particular, a dopagem do T2 com Fe(III) (0,5 %) tem sido um dos principais tpicos de estudo de vrias investigaes [30, 35].

Apesar de o funcionamento do mecanismo de dopagem do TiO2 com ies metlicos ainda no ter sidoestudado aprofundadamente, vrios autores referem que a utilizao de caties metlicos substituintersticialmente as partculas de titnio, formando umas mistura dos dois xidos [25, 36]. Contudo, a dopagem dTiO2 com diferentes xidos metlicos tem conduzido a resultados algo controversos, principalmente devido sdiferentes formas de dopagem, que conduzem a diferentes propriedades morfolgicas e cristalinas dos filmesdopados [36]. Certos estudos demonstraram tambm que o processo de dopagem pode induzir alguma

instabilidade trmica nos materiais e que os ies metlicos podero funcionar como armadilhas internas para ospares e- /h+, diminuindo assim a actividade fotocataltica [26].

Novas aplicaes do TiO2

Na ltima dcada, a aplicao das propriedades fotocatalticas do TiO2 estendeu-se tambm a materiais comovidros, polmeros e a peas txteis de seda e l [31, 37 - 39]. O facto de estes materiais poderem incorporar ou serrevestidos por este composto no txico, que no altera a cor nem a textura do material, um benefcio. Contudo,existem poucas referncias na literatura cientfica relativas aplicao das propriedades fotocatalticas da anatase

A B


11/62


12/62

11

se por uma mistura de ligantes (argamassa bastarda) por ser o tipo de argamassa que foi aplicada no PalcioNacional da Pena e por as argamassas de cal area com misturas com teores reduzidos de cimento seremreferidas por certos autores como as mais adequadas para revestimentos de paredes [49].Os materiais seleccionados e siglas adoptadas so apresentados de seguida:1. Argamassa bastarda de areia de Corroios (AC), semelhante encontrada no reboco do PalcioNacional da Pena, em Sintra 2. Argamassa bastarda de areia de quartzo (AQz), a escolha deste tipo de argamassa deve-se ao factode a slica (SiO2) ser considerada um suporte eficaz para a aplicao do TiO2, tendo-se optado tambm por umaargamassa de agregado predominantemente silicioso.

Fig. 4- Materiais de construo seleccionados. 1- Argamassa de areia de Corroios (AC); 2- Argamassa de areia de quartzo(AQz)

De modo a garantir a reprodutibilidade dos resultados, foram utilizados trs replicados do mesmo material paracada tipo de tratamento aplicado. As argamassas bastardas foram preparadas utilizando como ligantes a cal area hidratada em p e o cimento branco Portland de calcrio. Na argamassa de areia de Corroios, utilizou-se umaareia de pinhal de tonalidade amarelada, gomada (contm matria orgnica e minerais argilosos) e no lavada. Na

argamassa de areia de quartzo, o agregado essencialmente composto por partculas de quartzo. Ambas asareias so comercializadas em saco, sujeitas a controlo das caractersticas.

A metodologia de preparao de ambas as argamassas bastardas foi semelhante. O procedimento efectuadobaseou-se em indicaes da Norma EN 1015-2: 1998. O procedimento de fabrico e composies das argamassasencontram-se no Anexo II.

As principais caractersticas mineralgicas e propriedades fsicas dos componentes destes materiais bemcomo as descries microscpicas dos agregados so resumidas no Anexo III.

2.3 - Metodologia de aplicao dos tratamentosA avaliao do efeito biocida dos trs produtos seleccionados foi verificada de duas formas: atravs da

realizao de testes em laboratrio, usando provetes de argamassas, e atravs de testesin situ aplicados empatrimnio cultural edificado (nas paredes exteriores do Palcio Nacional da Pena).

2.3.1- Testes em laboratrioOs testes em laboratrio demonstraram ser bastante teis, pois permitiram, por um lado, avaliar a possvel

nocividade que os tratamentos poderiam induzir nos substratos, e, por outro lado, possibilitaram a imobilizao dTiO2 nas argamassas, aplicando-o de forma preventiva. O esquema seguinte (Tabela 2) ilustra a metodologia deaplicao dos tratamentos:


13/62

12

Tabela 2- Esquema da metodologia de aplicao dos tratamentos nos diferentes tipos de provetes.

De modo a obter um registo comparativo da aco dos tratamentos, foram utilizados 18 triplicados, distribudoem seis caixas Petri, sem nenhum tratamento aplicado, de cada tipo diferente de argamassa. Aps o perodo deincubao, avaliou-se o crescimento biolgico de trs conjuntos de triplicados sem tratamento aplicado. Osrestantes dois conjuntos de triplicados sem tratamento destinaram-se aplicao dos dois produtos biocidasseleccionados: Anios D.D.S.H e Biotin T. Ambos os produtos foram aplicados em solues aquosas. O AnioD.D.S.H foi aplicado por spray e o Biotin T por pincel. Os biocidas ficaram a actuar durante 2 semanas, sendoposteriormente avaliada a eficcia dos tratamentos. A aplicao do TiO2 nos provetes das argamassas foi feita porduas metodologias diferentes. A primeira metodologia consistiu na mistura do TiO2 juntamente com os restantescomponentes das argamassas (TiO2 misturado), de acordo com a seguinte proporo volumtrica:

12:4:4:1 areia : cal area hidratada em p: TiO2: cimento

A segunda metodologia de aplicao do TiO2 consistiu na imobilizao do TiO2 nas partculas de areia e foiapenas experimentada para a argamassa de areia de quartzo (TiO2imobilizado). Em todos os materiais foi aindaexperimentado um mtodo de dopagem do TiO2 (TiO2-Fe), contendo Fe+3 a 0,5 wt%. Esta metodologia foiefectuada atravs da impregnao aquosa do TiO2 numa soluo de nitrato de ferro nona-hidratadoFe(NO3)3.9H2O (Sigma-Aldrich), que continha j a quantidade de Fe+3 necessria para a dopagem (0,5 %) [43].O produto obtido no processo de dopagem foi aplicado na AC, atravs da adio do TiO2-Fe na mesma proporovolumtrica que a cal, e na AQz atravs da imobilizao nas partculas da areia. A descrio dos procedimentosexperimentais realizados bem como os clculos necessrios para a realizao das experincias encontram-se noAnexo IV.

2.3.2- Testes in situ aplicados em patrimnio culturalPara a realizao dos testes aplicados em patrimnio cultural, seleccionaram-se duas zonas (paredes) doPalcio Nacional da Pena, em Sintra.


14/62

13

Fig 5 - Localizao da 1 zona seleccionada, no Ptio dos Arcos, no Palcio Nacional da Pena

A primeira zona seleccionada localiza-se no Ptio dos Arcos, encontrando-se numa parede orientada NW-SE,virada a SE. caracterizada como um reboco de tonalidade castanho-amarelada. Uma vez que se encontra numazona de sombra pouco exposta radiao solar directa, bastante hmida, sendo colonizada sobretudo porlquenes de pequenas dimenses e bactrias(Fig. 5).

Fig 6- Localizao da 2 zona seleccionada no Terrao D. Carlos, no Palcio Nacional da Pena

A segunda zona localiza-se a NE do Terrao D. Carlos. O reboco aqui encontrado de tonalidade cor-de-rosae, ao contrrio do anterior, recebe radiao solar directa durante grande parte do dia (Fig 6). Em ambas asparedes, foram aplicadas suspenses aquosas dos trs produtos em pequenas reas (10x 15 cm). O Biotin T foidiludo a 2% e aplicado a pincel. O Anios DDSH foi aplicado directamente por spray, sem nenhuma diluiadicional. Por ltimo, o TiO2 foi aplicado a 1%, por spray.

Identificao da comunidade biolgica presente nas paredes do Palcio da PenaDe modo a determinar a comunidade biolgica presente nas paredes seleccionadas para a realizao dos

testes in situ foi realizada a identificao dos microrganismos por mtodos de biologia molecular As amostrasbiolgicas foram recolhidas para dentro de um Eppendorf utilizando um bisturi esterilizado. As anlises fora

realizadas pela Dr Ana Miller, Dr Leonila Laiz e Dr Anna Romanowska-Deskins sob a orientao do DoutoCesareo Saiz-Jimenez no Instituto de Recursos Naturales y Agrobiologia, Consejo Superior de InvestigacionesCientficas em Sevilha (Espanha).

2.4 - Caracterizao do TiO2 (P25-Degussa) puro e dopado com Fe +3 A caracterizao do p de TiO2, puro e dopado foi realizada atravs de Espectroscopia de Raman, utilizando um

microscpio Raman Horiba Jobin-Yvon Labram (presente no laboratrio cientfico do departamento dconservao e restauro da FCT-UNL), com um laser vermelho de excitao He-Ne a 632,8 nm. As amostras foram


15/62

14

analisadas com uma objectiva de 100x. A potncia incidente na amostra foi de 2,5 mW, com um feixe de 200micrmetros.

Amostras do TiO2 imobilizado nas partculas de quartzo da AQz e amostras de TiO2 dopado com Fe+3 foramanalisadas morfolgica, qualitativamente e semi-quantitativamente utilizando um microscpio electrnico dvarrimento JEOL Scanning Microscope T330A, equipado com um espectrmetro de raios-X de energia dispersiv(presente no laboratrio do departamento de cincias da terra da FCT-UNL), (parmetros de aquisio: 20 kV,4000 nA)

De modo a caracterizar a fotossensibilidade derivada da dopagem do TiO2 com o Fe+3, na gama espectral daluz visvel, foram ainda realizadas anlises de Espectroscopia UV-VIS de Reflectncia difusa utilizando umespectrofotmetro UV-VIS Shimadzu UV-2501PC (presente no laboratrio da fotoqumica da FCT-UNL), utilizanBaSO4 como amostra padro.

2.5 Material Biolgico seleccionadoA eficcia da aco anti-microbiana dos trs produtos foi avaliada atravs da inoculao artificial dos provete

com uma cultura mista de trs microrganismos fotossintticos: duas algas verdes (Sticococcus bacillaris eChlorella ellipsoidea) e uma cianobactria(Gleocapsa dermochroa), em meio de cultura lquido BG11. Estasespcies foram escolhidas por os gneros a que pertencem serem os principais colonizadores de materiaisptreos na Bacia Mediterrnica [5, 13].

2.5.1 - Inoculao dos provetes com microrganismos fotossintticosAntes da inoculao, os provetes foram esterilizados em autoclave (120C, 1 atm, durante 10 minutos), de

modo a garantir que no havia presena de organismos antes da inoculao. Aps o arrefecimento, colocaram-seos provetes, em triplicado, em caixas de Petri ( 15 cm) de vidro. Em seguida, adicionaram-se 10 ml de guaesterilizada para manter uma humidade permanente no interior de cada caixa de Petri. Cada provete foi inoculadocom 100 l de cada uma das culturas fotossintticas. O registo fotogrfico dos provetes logo aps a inoculaoencontra-se no Anexo V. Pelas fotografias deste Anexo observa-se que no provete de argamassa de areia dequartzo as culturas inoculadas foram imediatamente absorvidas enquanto que na argamassa de areia de Corroiosas culturas permaneceram superfcie do provete.

Incubao dos provetesAps a inoculao, os provetes foram incubados no terrao do

Departamento de Cincias da Terra da FCT-UNL durante um perodo de4 meses (23/01/09 a 23/05/09), ficando sujeitos s condiesambientais a existentes. De modo a garantir uma humidadepermanente dentro das caixas de Petri, foi adicionada guaesterilizada( 15 ml) pelo menos uma vez por semana.

2.6 Avaliao da eficcia dos tratamentos aplicadosNeste trabalho, a metodologia de avaliao da eficcia dos tratamentos aplicados baseou-se na monitorizao

do crescimento fotossinttico presente nos provetes, relacionando-o com a aplicao dos diferentes tratamentos.Nos testes laboratoriais, a eficincia dos tratamentos foi avaliada atravs da quantificao da emisso defluorescncia da clorofilaa . Esta quantificao foi realizada por dois mtodos diferentes: medio da fluorescnciada clorofilaa, in vivo, por espectrofluorimetria com fibra ptica e determinao da clorofilaa pelo mtodo deextraco, utilizando dimetilsulfxido (DMSO) como solvente. Ambos os mtodos se baseiam na capacidade d

Fig 7 Incubao dos provetes em ambiente exterior


16/62

15

emisso de fluorescncia da molcula de clorofilaa , permitindo avaliar a presena ou no de biomassafotossinttica nos provetes. A vantagem do mtodo de espectrofluorimetria com fibra ptica o facto de ser ummtodo que no obriga destruio das amostras como acontece com o mtodo de extraco da clorofilaa . Aprincipal desvantagem da espectrofluorimetria com fibra ptica que s permite determinar a quantidade declorofila presente superfcie; isto , no caso de ocorrer crescimento endoltico, este mtodo subestima o valor dabiomassa fotossinttica enquanto que com o mtodo de extraco este tipo de crescimento quantificado [44].

2.6.1- Medies de fluorescncia da molcula da clorofila aQuantificao da clorofila atravs de espectrofluorimetria por fibra ptica

A fluorescncia da clorofilaa foi analisada sobre a superfcie dos provetes, utilizando um espectrofluormetroSPEX Fluorolog-3 Modelo FL3-22, com adaptador de fibra ptica F-3000, ligado a um computador para aquiside dados (Fig 8). Todas as amostras foram excitadas a 430 nm, 0,300 s de tempo de integrao, com slits a 4,5nm na emisso e excitao. De modo a avaliar possveis variaes de intensidade de radiao doespectrofluorimetro, o registo espectrofluorimtrico da Rodamina foi tambm recolhido sempre que se utilizava aparelho. Este padro permite corrigir quaisquer alteraes de intensidadeda lmpada (Anexo VI). Em todos os provetes, foram efectuadas medies

de fluorescncia antes da inoculao, logo aps a inoculao e aps 4meses de incubao. Foram efectuadas trs medies, em cada provete,percorrendo longitudinalmente a rea superficial do provete. O cabo de fibraptica foi colocado perpendicularmente superfcie do provete (Fig 8). Entrea extremidade do cabo e a superfcie do provete colocou-se um O-ring demodo a garantir sempre a mesma distncia de irradiao.

Para a monitorizao do crescimento biolgico presente nos provetes,todas as medies de fluorescncia foram realizadas excitando-se asamostras a 430 nm, comprimento deonda ideal para a emisso de fluorescncia da molcula de clorofilaa , sendo a sua presena confirmada pelapresena de um pico de emisso tpico a 680 nm.Determinao da clorofila atravs de mtodo de extraco com DMSO

A clorofilaa um pigmento presente em todos os organismos fotossintticos, sejam eles eucariotas (algasverdes) ou procariotas (cianobactrias), que se encontra nas membranas dos tilacides. O mtodo de extracoda clorofila utilizado para a quantificao da clorofila, usada como medida de biomassa de organismosfotossintticos. Com o objectivo de monitorizar e quantificar o crescimento fotossinttico no volume total de caprovete, determinou-se a concentrao de clorofilaa inicial (logo aps a inoculao) e clorofilaa presente nosprovetes aps 4 meses de incubao. A clorofilaa foi extrada utilizando dimetil sulfxido (DMSO) como solvente esua concentrao determinada por espectrofluorimetria. Para tal, utilizou-se o espectrofluorimetro SPEX Fluorolog

3 Modelo FL3-22. O procedimento seguido o descrito por Vollenweider (1974) [45]. A descrio destprocedimento encontra-se no Anexo VII, sendo o protocolo para a obteno da recta de calibrao doespectrofluormetro encontrado no Anexo VIII.

2.6.2 Caracterizao ColorimtricaA colorimetria uma tcnica de caracterizao bastante til na medida em que permite uma leitura rigorosa e

quantitativa dos parmetros colorimtricos que definem a cor do substrato. A determinao dos parmetroscolorimtricos antes e aps a aplicao de um tratamento permitiu avaliar a eficcia do tratamento. Os tratamentos

Fig. 8 Medio de fluorescncia por espectrofluorimetria com fibra ptic


17/62

16

tero sido eficazes se os parmetros colorimtricos analisados aps o tratamento se aproximarem o mais possvelaos exibidos para as coloraes originais das superfcies.

Para a caracterizao colorimtrica, foi utilizado um espectrofotmetro porttil Minolta Spectrophotometer CM508i. O modelo colorimtrico usado neste trabalho foi o modelo CIELAB que constitudo por trs parmetros,luminosidade L* e duas coordenadas cromticas, a* (componente vermelho - verde) e b* (componente amarelo azul). Utilizou-se o iluminante D65, que reproduz artificialmente a luz de dia, com um ngulo de observao d10. Foram realizadas trs medies colorimtricas antes e aps a aplicao dos tratamentos,in situ, no PalcioNacional da Pena.

3.Resultados e Discusso

3.1- Identificao da comunidade biolgica presente nas paredes do Palcio da PenaA identificao da comunidade biolgica, presente nas paredes do Palcio da Pena, por mtodos de biologia

molecular encontra-se no Anexo IX. Aps a consulta destes dados verifica-se que os mtodos de biologiamolecular permitiram identificar a alga verdeTrentepohlia sp no Ptio dos Arcos. Esta identificao est de acordocom o observado macroscopicamente no Ptio dos Arcos, pois a algaTrentepohlia sp ocorre frequentementeassociada a lquenes, organismos bastante abundantes nesta parede. No Terrao D. Carlos apenas se identificou

a presena de Chlorophytas, no sendo possvel determinar qual o gnero. Relativamente s cianobactriasidentificadas, observou-se uma maior biodiversidade destes microrganismos no Terrao D. Carlos do que no Ptiodos Arcos. No Terrao D. Carlos foi possvel identificar a cianobactriaNostoc puctioforme que tem a capacidadede fixar azoto directamente do ar.

Na identificao de fungos e bactrias verifica-se uma maior biodiversidade destes microrganismos nasparedes do Ptio dos Arcos do que no Terrao D. Carlos. No Terrao D. Carlos identificaram-se apenas fungos dognero Caloplaca e Xanthoria e a bactria Hymenobacter.

Por fim, pode-se concluir que a comunidade biolgica mais diversificada e abundante nas paredes do Ptiodos Arcos do que no Terrao D. Carlos. Isto acontece porque o microclima das paredes do Ptio dos Arcos

apresenta condies mais favorveis para o desenvolvimento biolgico, uma vez que esta zona se encontrara sombra, sem radiao solar directa, o que facilita a reteno de gua e humidade, factor limitante e fundamentalpara o desenvolvimento microbiano. No Terrao D. Carlos foi possvel identificar apenas uma maior biodiversidadde cianobactrias, microrganismos mais resistentes a ambientes mais inspitos.

3.2 Caracterizao do TiO2 (P25 Degussa) puro e dopado com Fe+33.2.1 Espectroscopia de Raman

As nanopartculas de TiO2 (P25 da Degussa) foram analisadas e aplicadas sem qualquer modificaosuperficial ou pr-tratamento. Este composto caracterizado como um p branco de elevada pureza cristalina( 99,5 %). De modo a garantir que a aplicao dos tratamentos com TiO2 estava a ser realizada com a fase

cristalina de maior aco fotocataltica, ou seja, com a anatase, efectuaram-se anlises por Espectroscopia deRaman ao p de TiO2 (P25- Degussa) puro, e dopado com Fe+3.

A Fig 9 apresenta o espectro de Raman recolhido para as amostras de TiO2 (P25-Degussa) dopado e nodopado. Os trs picos presentes na regio dos 400-650 cm-1 so caractersticos para as estruturas cristalinas O-Ti-O, quer da anatase, quer do rtilo. Contudo, para a anatase existem tipicamente cinco picos activos por anlisede Raman: 144 cm-1;197 cm-1; 397 cm-1; 518 cm-1; 640 cm-1, derivados da estrutura tetragonal (3Eg + 2B1-g + 1A2g).

Todos estes cinco picos so visveis na Fig 9, confirmando a presena da anatase, quer nas amostras dopadascom Fe+3, quer nas amostras no dopadas. Nas amostras de TiO2 dopadas com Fe+3 no so encontrados


18/62

17

nenhuns picos (para alm da anatase) relacionados com compostos de ferro. Tal pode dever-se pequenaquantidade adicionada do agente dopante, conduzindo elevada disperso deste na amostra ou eficazsubstituio intersticial do Fe+3 na estrutura cristalina do TiO2, comprovando que o mtodo de dopagem foi bemconseguido.

Fig. 9-Espectro de Raman do TiO2 P25 da Degussa dopado e no dopado, correspondendo anatase

3.2.2 Microscopia electrnica de varrimento (SEM)A Slica (SiO2) um substrato inorgnico eficiente para a imobilizao da anatase. Este facto deve-se smaiores reas superficiais a grande capacidade de absoro do TiO2 por parte da slica (SiO2) [18]. A Fig 10apresenta a microestrutura obtida por SEM de uma partcula de quartzo da areia da AQz com TiO2 imobilizado,onde se observa a presena de um fino e homogneo filme de TiO2 na superfcie do gro de areia. A anliseelementar por EDX, por seu lado confirma a presena de Ti.

Fig. 10 Imagem obtida por SEM das partculas de quartzo com TiO2 A caracterizao micro-estrutural do processo de dopagem do TiO2 com Fe+3 (0,5 wt%) foi tambm realizada

atravs de SEM, Na Fig. 11 possvel observar-se a presena de agregados, correspondentes presena dexidos mistos de Fe-TiO2.

A anlise por EDX permitiu determinar e quantificar a composio elementar da amostra de TiO2 dopada(Tabela 4), confirmando que o processo de dopagem foi bem sucedido.

Tabela 3 - Composio Elementar obtida por EDX

Elemento Wt%Ti 2.73

Al 9.03

Fe 6.57

Si 81.67


19/62

18

Fig 11 Imagem obtida por SEM de uma amostra de TiO2 dopado com Fe.

3.2.3 Caracterizao das propriedades pticas dos filmes de TiO2, puros e dopados com Fe.Aps o processo de dopagem do TiO2 com a soluo de nitrato de ferro, a cor do p muda de branco para

amarelo claro. A alterao de cor verificada no espectro B da Fig 12, j que a absoro do filme TiO2-Fe seestende mais para a zona dos VIS, quando comparado com o filme de TiO2 no dopado. A mudana espectral daabsoro do filme de TiO2-Fe estreita a band gap da estrutura electrnica do TiO2, o que faz aumentar a sua

actividade fotocataltica para a gama espectral da luz visvel (400-700 nm).

Fig. 12 Espectroscopia UV-VIS dos filmes de TiO2 (P25-Degussa) puro e dopado (Fe+3). A) Medies de Reflectnciadifusa; B) Medies de Absoro

A mudana de absoro dos filmes de TiO2-Fe para a zona do visvel, adoptando uma colorao amarelada,deve-se, por um lado, s transies d-d do catio trivalente do Fe (2T2g 2A 2g, 2T1g) ou, por outro lado, aprocessos de transferncias de carga entre os caties de Fe (Fe+3 + Fe+3 Fe+4 + Fe+2) [46].

Segundo Asilturk et al [47], a banda gap (Egap) do novo composto TiO2-Fe pode ser estimada graficamente(h2 vs h, sendo o coeficiente de absoro), sendo que, para concentraes molares de 0,5%, (como as

utilizadas neste processo de dopagem) a nova band gap, ter valores entre: 2,97 eV > Egap > 2, 88 eV.

3.3 Avaliao da eficcia dos tratamentos aplicados em laboratrioA avaliao da eficcia dos trs tipos de tratamentos aplicados em laboratrio foi realizada atravs de tcnicas

de quantificao da clorofilaa (por espectrofluorimteria com fibra ptica e pelo mtodo de extraco)

3.3.1 Quantificao da clorofila a, in vivo, determinada por espectrofluorimetria com fibra pticaFluorescncia inicial das amostras, antes da inoculao

Tabela 4 - Composio Elementar obtida por EDX

Elemento Wt%

Ti 76.37

Fe 23.63

A B


20/62

19

De modo a garantir que no havia presena de clorofila antes da inoculao dos provetes, analisou-se afluorescncia inicial da superfcie das argamassas, atravs do uso da fibra ptica.

Fig. 13- Espectro de emisso de fluorescncia mdia dos provetes, antes da inoculao

A Fig 13 apresenta a fluorescncia mdia dos diferentes materiais de construo antes da inoculao. Comose pode verificar, no existe qualquer pico de emisso de fluorescncia na gama espectral entre os 650-700 nm,(gama espectral de emisso da molcula de clorofila), indicando a ausncia de microrganismos fotossintticos.

Fluorescncia das amostras aps a inoculao

Aps a inoculao, mediu-se novamente a fluorescncia dos provetes de modo a verificar a presena declorofilaa.

Fig. 14Espectro de Fluorescncia aps a inoculao dos provetes.

A Fig 14 apresenta os espectros de emisso de fluorescncia dos materiais, logo aps a inoculao. Verifica-se, em ambas as argamassas, a presena de um pico de emisso entre os 650-700 nm, que corresponde presena da molcula de clorofilaa . A presena deste pico prova que a inoculao foi bem sucedida. A Tabela 5,contm a gama de valores de intensidade a 683 nm dos diferentes materiais, antes e aps a inoculao.

Tabela 5 - Gama de intensidades mdias de fluorescncias dos materiais, a 683 nm

Material Gama de intensidade mdia,antes da inoculao (683 nm)Gama de intensidade mdia,aps a inoculao (683 nm)

Argamassa de areia deCorroios (AC)

7,2 x 104 1,1 x 105 5,4 x 105 5,5 x 105

Argamassa de areia deQuartzo (AQz)

9,5 x 104 1,0 x 105 1,6 x 105 - 4,2 x 105


21/62

20

Aps a observao da Tabela 5, verifica-se que a AQz apresenta valores de emisso de fluorescncia, apsinoculao, menores que a AC. Este facto deve-se provavelmente diferena de porosidades das duasargamassas. A observao dos registos fotogrficos efectuados logo aps a inoculao permitiu verificar asdiferenas nas propriedades hdricas dos materiais( Anexo V). Quando foi efectuada a inoculao na AQz, asculturas lquidas foram absorvidas para o interior do provete (Anexo V, Fig 1). Na AC, observa-se a mistura daculturas sobre a superfcie do provete, sendo apenas parcialmente absorvida pelo material (Anexo V, Fig 2),confirmando uma menor porosidade desta argamassa.

A diferena de porosidade entre as argamassas pode dever-se sobretudo diferente forma e dimenso dosagregados, j que a proporo volumtrica e os ligantes usados so iguais em ambas as argamassas. Segundo[51], a utilizao de agregados de forma arredondada (semelhante forma do agregado de AQz) (Anexo III) podelevar formao de poros de grandes dimenses, contrariamente utilizao de agregados de forma angulosa,semelhantes aos de AC (Anexo III). Tambm a utilizao de agregados mais finos (semelhantes aos de AQz)influenciam uma maior porosidade das argamassas, pois conseguem comportar uma maior quantidade de gua,que, por sua vez, faz aumentar a retraco durante o processo de secagem, conduzindo a uma maior formao defissuras.

Observao macroscpica do desenvolvimento biolgico presente nos provetes

Logo aps o primeiro ms de incubao, comeou a verificar-se a presena de uma fina e heterognea camadade biofilme verde na superfcie dos provetes sem tratamento aplicado. Nos provetes de AQz verificou-seigualmente, aps o primeiro ms, uma colonizao biolgica mais desenvolvida do que nos provetes de AC. Oregisto fotogrfico dos provetes durante o perodo de incubao apresentado no Anexo X.

Fluorescncia das amostras aps o perodo de incubao

Aps 4 meses de incubao, realizaram-se novamente medies de fluorescncia nos provetes. Os grficosseguintes dizem respeito s medies mdias de fluorescncia por espectrofluorimetria com fibra ptica, obtidas

aps o perodo de incubao para as amostras sem tratamento, para as amostras com TiO2 e para as amostrasaps a aplicao dos biocidas Biotin T e Anios D.D.S.H. Note-se que a fluorescncia mdia obtida aps ainoculao tambm se encontra traada nos grficos de modo a verificar a morte ou o crescimento dosmicrorganismos e, consequentemente, a eficcia dos tratamentos. Uma tabela com as gamas de intensidades defluorescncia, obtidas a 683 nm, durante o perodo de incubao encontra-se no Anexo XI.

Os grficos de emisso de fluorescncia, determinado por espectrofluorimetria com fibra ptica, durante operodo de incubao para os diferentes tratamentos encontram-se no Anexo XII.


22/62

21

Fig. 15 Espectro de emisso de fluorescncia (mdio) para os provetes de AC, aps o perodo de incubao

Fig 16 Espectro de emisso de fluorescncia para os provetes de AQz, aps o perodo de incubao

3.3.2- Quantificao da clorofila a , determinada pelo mtodo de extracoA clorofila foi extrada utilizando DMSO como solvente. Aps o processo de filtragem e centrifugao,

quantificao foi feita por espectrofluorimetria. Atravs da calibrao do espectrofluormetro, efectuadanteriormente (Anexo VIII), foi possvel quantificar (l) a quantidade de clorofilaa inicial (aps inoculao) e aclorofilaa presente nos provetes aps 4 meses de incubao (Anexo XIII). As figuras 17 e 18 apresentam aquantidade de clorofilaa ( g/cm3) presente nos provetes de AC e AQz, aps inoculao e aps 4 meses deincubao.


23/62

22

Fig 17 Quantidade de clorofilaa ( g) presente nos provetes de AC, logo aps inoculao e aps 4 meses de incubao

Fig 18 Quantidade de clorofilaa ( g) presente nos provetes de AQz, aps inoculao e aps 4 meses de incubao

Discusso e avaliao dos tratamentos em laboratrio As tcnicas de quantificao da clorofilaa permitiram avaliar a eficcia dos tratamentos aplicados, sendo que,

tanto a espectrofluorimetria com fibra ptica como o mtodo de extraco apresentaram a mesma coerncia nos

resultados (Tabela 6). Contudo, os resultados obtidos no mtodo de extraco, so mais rigorosos, j que estatcnica permite determinar o crescimento biolgico que se desenvolveu no interior dos provetes, permitindo umquantificao da clorofilaa em todo o volume da amostra. Ao analisar as Figuras 17 e 18 verifica-se, aps 4meses de incubao, que os provetes de AC apresentam uma quantidade de clorofilaa significativamente menor(0,04 g) do que os provetes de AQz (0,15 g), facto que no se apresenta to explcito nas anlises porespectrofluorimetria por fibra ptica (Fig 15 e 16). Assim salienta-se a importncia do mtodo de extraco para quantificao mais rigorosa da clorofila em toda a amostra, possibilitando verificar a existncia de crescimentendoltico nos provetes de AQz.


24/62

23

Tabela 6 Valores de fluorescncia e quantificao da clorofilaa para as duas argamassas, aps inoculao e aps 4 mesesde incubao

Espectrofluorimetria

por fibra ptica

Mtodo de Extraco

( g Chla/ cm3)

Sem tratamento Aps Inoculao 5,6 x 105 8,9 x 10-5 Aps 4 meses 5,5 x 106 3,7 x 10-2

TiO2 misturado Aps Inoculao 5,5 x 105 1,2 x 10-4

Aps 4 meses 7,7 x 104 1,2 x 10-4

TiO2-FeAps Inoculao 5,6 x 105 5,0 x 10-5

Aps 4 meses 6,4 x 105 2,6 x 10-3

AniosAps Inoculao 5,6 x 105 8,9x10-5 Aps 2 semanas 1,9 x 105 1,2 x 10-2

Biotin Aps Inoculao 5,6 x 105 8,9 x 10-5

Aps 2 semanas 7,5 x 104 6,2 x 10-5 Espectrofluorimetria

por fibra ptica

Mtodo de Extraco

( g Chla / cm3)

Sem tratamento Aps Inoculao 2,6 x 105 6,9 x 10-5

Aps 4 meses 5,8 x 106 1,5 x 10-1

TiO2 misturadoAps Inoculao 8,5 x 105 1,6 x 10-4 Aps 4 meses 9,0x 104 1,2 x 10-4

TiO2 imobilizadoAps Inoculao 3,7 x 105 2,6 x 10-4 Aps 4 meses 6,0 x 105 3,9 x 10-2

TiO2-FeAps Inoculao 5,5 x 105 1,1 x 10-4 Aps 4 meses 4,7 x 105 1,1 x 10-2

AniosAps Inoculao 2,6 x 105 6,9 x 10-5 Aps 2 semanas 1,1 x 106 2,5 x 10-2

Biotin Aps Inoculao 2,6 x 105

6,9 x 10-5

Aps 2 semanas 1,1 x 105 3,4 x 10-3

Em ambas as argamassas sem tratamento verifica-se, aps quatro meses de incubao, um crescimentobiolgico significativo, com valores de intensidade de fluorescncia com uma ordem de grandeza acima dovalores de fluorescncia obtidos logo aps inoculao e valores de quantidade de clorofilaa (g/ cm3) com trs aquatro ordens de grandeza acima da quantidade determinada aps inoculao.

Relativamente eficcia dos tratamentos, atravs da observao das Fig.17 e 18 conclui-se que todos ostratamentos foram eficazes, j que todos os provetes tratados apresentavam um quantidade de clorofilaa significativamente menor, que os provetes sem tratamento aplicado (Tabela 6). Contudo, os melhores resultados

foram obtidos nos provetes tratados com TiO2 misturadoe com o biocida Biotin T.Verifica-se assim que no tratamento com TiO2, a metodologia de aplicao mais eficaz a aplicao do TiO2

atravs da mistura com os restantes componentes das argamassas (TiOmisturado), tendo-se verificado resultadosbastantes satisfatrios, quer para os provetes de AC, quer para os provetes de AQz. Os valores de intensidade defluorescncia obtidos por espectrofluorimetria de fibra ptica nos provetes com TiO2misturado so semelhantes aosexibidos pelos provetes antes da inoculao, provando que superficialmente os processos redox estabelecidos poreste fotocatalisador com as molculas do meio ambiente foram eficazes na gerao de radicais hidroxilo reactivos


25/62

24

responsveis pela degradao da matria orgnica, pois verifica-se a morte das culturas inoculadas (Fig 2 e 8 doAnexo XII).

Analisando os resultados obtidos pelo mtodo de extraco, aps o perodo de incubao, verifica-se umadiferena significativa na quantidade de clorofila presente nos provetes com TiO2misturado e nos provetes semtratamento (Tabela 6). Tambm se verifica que a quantidade de clorofila presente nos provetes com TiO2misturado aps o perodo de incubao menor que a determinada logo aps inoculao, provando a eficcia destefotocatalisador na degradao e mineralizao da matria orgnica (Tabela 6)

O mtodo de dopagem do TiO2 com o Fe+3 foi bem conseguido, contudo os resultados obtidos aps o perodode incubao so menos satisfatrios, quando comparados com o TiO2misturado. No processo da dopagem metlicado TiO2 fundamental manter a integridade electrnica na estrutura cristalina do semicondutor, ou seja, fundamental que as alteraes electrnicas produzidas pela adio do Fe+3 na estrutura cristalina do TiO2 sejamfavorveis, garantindo uma razo espacial correcta entre caties e anies. A substituio intersticial entre oscaties, facilitada devido semelhana dos raios inicos Ti4+ (0,75 ) e Fe+3 (0,79 ). Contudo, atravs daanlise das Fig 17 e 18 verifica-se que o TiO2-Fe no foi totalmente eficaz na degradao da matria orgnica,pois durante o perodo de incubao houve crescimento biolgico nestes provetes (Tabela 6). Tal poder dever-sea uma adio excessiva de Fe na matriz cristalina da anatase, conduzindo formao de agregados de hematite

(Fe2O3) e/ou xidos de ferro e titnio mistos (Fe2TiO5) apenas na superfcie do TiO2, diminuindo assim a sua acofotocatalitica [47]. Para alm disso, vrios autores referem a possibilidade de o catio metlico poder funcionacomo um centro de recombinao dos pares e- /h+, no possibilitando a separao de cargas, e,consequentemente o processo de degradao da matria orgnica.

Apesar de a aplicao do TiO2-Fe no ter sido muito eficaz na degradao da matria orgnica, pode afirmar-se que este composto foi eficaz na preveno de um crescimento biolgico mais desenvolvido, j que aquantificao da clorofila nestes provetes apresenta unidades de grandeza, de uma ordem abaixo, aos exibidospelos provetes sem qualquer tratamento aplicado (Tabela 6).

A metodologia de aplicao do TiO2 atravs da imobilizao nas partculas de areia de quartzo (TiO2imobilizado)apresenta os resultados menos satisfatrios. Na Fig 18 possvel verificar que os provetes de AQz com estetratamento apresentam maiores quantidades de clorofila do que para qualquer outro tratamento aplicado. Tal podedever-se pouca eficcia do processo de imobilizao, j que, por anlise elementar EDX, se verifica umaquantidade muito pequena de Ti na superfcie dos gros de quartzo da areia (Tabela 3). A quantidade esperadaera muito maior, dado que o mtodo de imobilizao compreendia a imobilizao do TiO2 na superfcie especficatotal da partcula de areia. Contudo, nos casos em que foi feita a aplicao do TiO2 por esta metodologia, asamostras apresentam valores de clorofilaa menores do que nos provetes sem qualquer tratamento aplicado,comprovando, apesar de tudo, alguma eficcia do tratamento.

Relativamente aplicao dos produtos biocidas, verifica-se para ambas as argamassas, uma maior eficciana eliminao dos microrganismos para o tratamento com Biotin T. A aplicao do produto Anios D.D.S.H

apresenta resultados muito pouco satisfatrios em ambas as tcnicas de quantificao de clorofilaa , sendodesaconselhvel a sua aplicao como biocida em patrimnio cultural.

Por ltimo, para uma fcil e simples compreenso da eficcia dos tratamentos testados apresenta-se deseguida um ndice de eficcia de tratamento (por ordem decrescente de eficcia).

TiO2misturado> Biotin T > TiO2-Fe> Anios D.D.S.H > TiO2imobilizado

O ndice apresentado referente aos valores obtidos para o mtodo de extraco.


26/62

25

3.4 Avaliao da eficcia dos tratamentos aplicados in situ em patrimnio cultural

3.4.1 Caracterizao colorimtricaA caracterizao colorimtrica antes e aps a aplicao dos trs tratamentos permitiu avaliar a eficcia da

aplicao directa dos produtos, em soluo, sobre as superfcies do Palcio Nacional da Pena.De modo a obter um registo comparativo e avaliar a eficcia dos tratamentos, as cores originais das paredes

onde se realizaram os testes foram tambm caracterizadas, atravs de medies colorimtricas na mesma

parede, mas em zonas que no se encontravam colonizadas biologicamente, representadas nos grficosseguintes comoReferencia 1 e 2 , respectivamente no Ptio dos Arcos e no Terrao D. Carlos

Os dois primeiros grficos (Fig 19 e 20) apresentam os parmetros colorimtricos L* a* b* recolhidos partodos os trs tratamentos, no Ptio dos Arcos e no Terrao D. Carlos, respectivamente, aps 2 semanas deaplicao dos tratamentos. A anlise da eficcia dos tratamentos foi feita atravs da comparao entre osparmetros L*a*b* exibidos para cada tratamento e com a respectiva colorao original prpria da zonaseleccionada, apresentada no grfico comoReferencia 1 e 2 . O ltimo grfico (Fig 21) diz respeito aos parmetroscolorimtricos obtidos para o tratamento com TiO2 (por este ter sido mais eficaz), antes da aplicao e aps 2semanas de aplicao e a respectiva comparao com a colorao original da zona seleccionada,Referncia 2 .Os valores de L*a*b*, obtidos nas trs medies, para as duas paredes seleccionadas encontram-se presentes naTabela 1 e 2 do Anexo XIV.

Fig. 19 Parmetros colorimtricos obtidos aps 2 semanas de aplicao dos tratamentos, no Ptio dos Arcos

Fig. 20 Parmetros colorimtricos obtidos aps 2 semanas de aplicao dos tratamentos, no Terrao D. Carlos

Como se verifica, em ambas as zonas seleccionadas (Fig 19 e 20), mas principalmente no Terrao D. Carlos(Fig 20), na aplicao do tratamento com TiO2, os parmetros colorimtricos, aps 2 semanas de aplicaoaproximaram-se mais aos exibidos pela superfcie original da zona seleccionada (Referncia ). No Ptio dos Arcos,


27/62

26

a aplicao do biocida convencional, Biotin T apresentou resultados satisfatrios, (Fig 19) enquanto que o biocidAnios D.D.S.H no revelou nenhuma alterao significativa dos parmetros L*a*b* antes e aps a aplicao doproduto (Anexo XIV). Estes resultados esto de acordo com os resultados obtidos nos testes laboratoriais, tendo obiocida Biotin T sido muito mais eficaz na eliminao dos microrganismos do que o biocida Anios D.D.S.H.

Fig. 21 Parmetros colorimtricos obtidos antes da aplicao, aps 2 semanas de aplicao do TiO2 e para a coloraooriginal das paredes do Terrao D. Carlos (Referncia 2).

Aps a anlise da Fig 21, verifica-se que a aplicao do tratamento com TiO2 fez com que o parmetro L*aumentasse (+6), traduzindo o ganho em luminosidade e brilho da superfcie, aps a aplicao do tratamento. Oaumento da luminosidade deve-se sobretudo ao desaparecimento da matria orgnica, de tonalidade mais escura(bactrias e fungos), aproximando-se do valor de L* exibido pela colorao original da superfcie. O aumento dparmetro de croma a* (que varia de -60 verde, at +60, vermelho), aps a aplicao do tratamento, igualmentesignificativo e relaciona-se com a diminuio da tonalidade verde, correspondente eliminao de microrganismofotossintticos, e o aumento da tonalidade rosa/avermelhada prpria da colorao original do reboco nesta zona.Relativamente ao parmetro b*, este diminui ligeiramente aps a aplicao do tratamento, no sendo contudoresponsvel por nenhuma alterao cromtica significativa.

O clculo da variao total de cor ( E*), permitiu tambm analisar a eficcia dos tratamentos. A seguinte tabelaapresenta os valores de E* para os diferentes tratamentos aplicados:

Tabela 7- Valores de E*, calculados a partir dos parmetros L*a*b*, antes e aps 2 semanas de aplicao dostratamentos nas diferentes zonas seleccionadas.

Local Tratamento E*=( L*)+( a*)+( b*)

Ptio dos ArcosTiO2 12,19

Biotin T 7,76Anios D.D.S.H 5,08

Terrao D. CarlosTiO2 7,78

Biotin T 5,42Anios D.D.S.H 3,70

Como se pode observar nesta tabela, a maior variao de cor total, antes e aps a aplicao dos tratamentos, verificada para o tratamento com TiO2 em ambas as zonas seleccionadas, confirmando a eficcia destetratamento. Pelo contrrio o tratamento com o biocida Anios D.D.S.H foi o menos eficaz, demonstrando ummenor alterao de cor.

De acordo com os resultados da anlise de varincia ANOVA (p=0,05), os parmetros L* e a* sosignificativamente diferentes (p


28/62

27

diferena significativa dos parmetros L* e a* verifica-se apenas para o tratamento com TiO2 em ambas as zonasseleccionadas. Desta forma pode concluir-se que o tratamento com TiO2 foi eficaz, sendo o produto qumico quemaior variabilidade apresentou, antes e aps a aplicao dos tratamentos (Anexo XV), e maior proximidade com colorao original das superfcies seleccionadas exibiu. O registo fotogrfico das reas onde foram aplicadosestes tratamentos, antes e aps a sua aplicao, encontra-se no Anexo XVI.

4. ConclusesAmbas as tcnicas de quantificao da clorofilaa (espectrofluorimetria com fibra ptica e mtodo de extraco)

permitiram avaliar a eficcia dos tratamentos aplicados em laboratrio. Nos testes realizadosin situ no PalcioNacional da Pena, conclui-se que as medies colorimtricas, segundo o modelo CIELAB so eficazes naavaliao e comparao dos diferentes tratamentos.

Aps a avaliao dos resultados obtidos quer em laboratrio, querin situ , conclui-se que a aplicao do TiO2 amateriais de construo constitui um tratamento eficaz na preveno e/ou eliminao da biodeteriorao. Emlaboratrio, a metodologia de aplicao do TiO2 atravs da adio deste fotocatalisador aos restantescomponentes de fabrico das argamassas (TiO2misturado), foi a metodologia mais eficaz na eliminao dosmicrorganismos presentes nos provetes. Atravs das tcnicas de quantificao da clorofilaa, verificou-se a

eliminao das culturas inoculadas, comprovando a aco fotocataltica deste composto.Devido aos resultados controversos obtidos para o tratamento de TiO2 dopado com Fe+3, de esperar que asinvestigaes cientficas relativas aos mtodos de dopagem com caties metlicos prossigam at se encontrar ummtodo eficaz para a utilizao eficaz do TiO2 radiao da luz visvel.

Relativamente aos produtos biocidas, quer nos testes laboratoriais, quer nos testesin situ , o produto Biotin T foimuito mais eficaz, na eliminao da colonizao biolgica presente, do que o produto Anios D.D.S.H.

Conclui-se assim que o TiO2 apresenta resultados mais satisfatrios na preveno e/ou eliminao dabiodeteriorao dos materiais que os produtos biocidas testados.

Os resultados obtidos neste trabalho apresentam uma abordagem inovadora para o controlo da biodeterioraoem materiais de construo, na medida em que se pode agora comear a apostar em materiais inteligentes, auto-sustentveis e compatveis com o meio ambiente. Para alm dos benefcios anteriormente referidos, a aplicaode fotocatalisadores a/em materiais de construo, poupar tempo e dinheiro gasto em operaes de limpeza emanuteno dos revestimentos exteriores, uma vez que se trata de tratamentos preventivos e de baixo custo.Apesar dos estudos ainda necessrios para desenvolver aplicaes durveis e eficientes, o potencial dananocincia aplicada conservao do patrimnio cultural assume-se como um compromisso tecnolgicopromissor e industrialmente exequvel.

5-Perspectivas FuturasPara o cumprimento de vrias exigncias requeridas, necessrio que as argamassas apresentem

caractersticas e propriedades adequadas. Assim, para completar esse estudo ser necessrio investigar o

comportamento fsico e mecnico destas argamassas incorporadas com TiO2 na sua composio.Dependendo da funo que a argamassa ir desempenhar e do local onde vai ser aplicada, fundamental o

estudo pormenorizado deste tipo de argamassas, para que se estabeleam as exigncias requeridas para a suaaplicao. A aplicao do TiO2 em argamassas de diferentes composies e distribuies volumtricas permitiravaliar a influncia deste composto no comportamento das argamassas. O estudo de novos processos deincorporao do TiO2 puro ou dopado, a outros materiais de construo, tais como o beto e pedra artificial enatural durante um perodo de tempo considervel (de modo a determinar a durabilidade e necessidade dereaplicao do tratamento), assume-se tambm como uma perspectiva futura de continuao desta investigao.


29/62

28

6-Bibliografia[1]. Kurth, J. C.,Mitigating biofilm growth through the modification of concrete design and practice MD, GeorgiaInstitute of Technology, 2008.[2]. Miller, A. Z., Laiz, L., Gonzalez, J. M., Dionsio, A., Macedo, M. F., Saiz-Jimenez, C., Reproducing stmonuments photosynthetic-based colonization under laboratory conditions Science of the total environment405 (2008) 278-285.

[3]. Tomaselli. L., Lamenti, G., Tiano, P., Bosco, M. Biodiverity of photosynthetic micro-organisms dwellingstone monumentsInternational Biodeterioration and Biodegradation 46 (2000) 251-258[4]. Gaylarde, C., Gaylarde, P. M., A comparative study of the major microbial biomass of biofilms on exteriorsbuildings in Europe and Latin AmericaInternational Biodeterioration and Biodegradation 55 (2005) 131-139.[5]. Miller, A., Dionsio, A., Macedo, M. F., Primary bioreceptivity: A comparative study of different PortuglithotypesInternational Biodeterioration & Biodegradation , 57 (2006) 136-142.[6].Nuhoglu,Y., Oguz, E., Uslu, H., Ozbek, A., Ipekoglu, B., Ocak, I., Hasenkoglu, I. The aceelerating effects of microorganisms on biodeterioration of stone monuments under air pollution and continental-cold climatic conditioin Erzurum, TurkeyScience of the total environment (2005) [7]. Caneva, G.; Nugari, M. P.,Biology in the conservation of Works of art, ICCROM, Roma (1991).[8] Paulus, W., (ed),Directory of Microbicides for the protection of materials , Springer, Dordrecht (2005).[9]. Gaylarde, C., Ribas Silva, M.,Warscheid, Th., Microbial impact on building materials: an overviewMaterials and Structures 36 (2003) 342-352.[10]. Herrera, L. K., Videla, H. A., The importance of atmospheric effects on biodeterioration of cultural heritconstructional materialsInternational Biodeterioration & Biodegradation 54 (2004) 125-134[11]. Saiz-Jimenez, C. Biogeochemistry of Weathering Processes in Monuments.Geomicrobiol J 16 (1999) 27-37.[12]. Crispim, C. A., Gaylarde, C. C. Cyanobacteria Biodeterioration of Cultural heritage : a review.Microbial Ecology 49 (2005) 1-9.[13]. Ortega, J, Arino, X., Hernandez, M., Saiz-Jimenez, C., Factores affecting the weathering and colonization

monuments by phototrophic microorganismsScience Total Environment 167 (1995) 329-341.[14]. Caneva, G., Di Stefano, D., Giampaolo, C., Ricci, S., (2004) Stone Cavity and Porosity as a limiting factor biological colonisation: The travertine of lungotevere (Rome); Proceedings of the 10th Int. Congress onDeterioration and Conservation of stone, Stockholm, 2004[15]. Bartolini, M., Ricci, S., Del Signore, G., Release of photosynthetic pigments form epilithic biocenosis abiocide treatments Proceedings of the 10th International Congress on Deterioration and Conservation of Stone; 27June- 2 July 2004; Stockholm ICOMOS; p 519-526.[16] Pereza Zurita, Y., Cultrone, G., Snchez Castillo, P., Sebastin, E., Bolvar F. C., Microalgae associatedwith deteriorated stonework of the fountain of Bibataun in Granada, SpainInternational Biodeterioration and Biodegradation 55 (2005) 55-61.[17]. Tiano, P., Biodeterioration of Cultural HeritageSci Tech Cult Herit 7 (1998) 19-38.[18]. Caneva, G.; Nugari, M.P.; Pinna, D.; Salvadori, O. (1996)Il Controllo del degrado biolgico i biocidi nel restauro dei materiali lapidei . Nardini Editore: Fiesole[19]. Nugari, M. P.; SaIvadori, O.,Biodeterioration control of cultural heritage: Methods and products, Swets &Zeitlinger, Lisse (2003)


30/62

29

[20]. Ascaso, C., Wierzchos, J., Souza-Egipsy, V., De los Rios, A., Rodrigues, J. D., In situ evaluation of thbiodeteriorating action of microrganisms and the effects of biocides on carbonate rock of the Jernimos Monaster(Lisbon)International Biodeterioration and Biodegradation 49 (2002) 1-12.[21]. Kumar, R & A,Biodeterioration of stone in Tropical Environments , Research in Conservation , The GettyConservation Institute, USA (1999)[22]. Blazquez, A. B., Lorenzo, J., Flores, M., Gmez-Alarcn, G., Evaluation of the effect of some biocides agaiorganisms isolated from historic monuments,Aerobiologia 16 (2000) 423-428.[23]. Russel, A. D, and Chopra, I. 1990 Understanding antibacterial action and resistance. Horwood LtdChichester.[24]. Kelerher, J., Bashant, J., Heldt, N., Johnson, L., Li, Y.,Photo-catalytic preparation of silver-coated TiO2 particles for antibacterial applications,Journal of Microbiology & Biotechnology 18 (2002) 133-139[25]. Fu, G., Vary, P. S., Lin, C., Anatase TiO2 Nanocomposites for Antimicrobial Coatings,Journal Phys. Chem B 109 (2005) 8889-8898.[26]. Chen, X.,Synthesis and investigation of novel materials for improved photocatalysis, PhD Dissertation, CaseWestern Reserve University (2005).[27]. Fujishima, A., Honda, K., Electrochemical photolysis of water at semiconductor electrodeNature 238 (1972)

8-37.[28]. Beydoun, D., AMAL, R., LOW, G., MCEVOY, S., The role of nanoparticules on photocatalysis,Journal of Nanoparticule Research . (1999) 439-458.[29]. Sunada, K., Watanabe, T., Hashimoto, K., Bactericidal Activity of Copper Deposite TiO2 thin film under weakUV illuminationEnvironmental Science Technology 37 (2003) 4785-4789.[30] Litter, M. I., Navo, J. A., Photocatalytic properties of iron-doped titania semiconductorsJournal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry 98 (1996) 171-181[31]. K. QI,., X. Chen, Y. Liu, J. Xin, C. L. Mak, W.Journal of Materials Chemistry, 17 (2007) 3504-3508.[32]- Chen, J., Poon, C., Photocatalytic construction and building materials: From fundamentals to applicationBuilding and Environment 44 (2009) 1899-1906.[33]. Yanfang, S., Xiong, T., Li, T., Yang, K., Tungsten and nitrogen co-doped TiO2 nanopowders with strongvisible light response Applied Catalysis B: Environmental83 (2008) 177-185.[34]- Claesson, S., Engstrom, L. (ed),Solar energy Photochemical conversion and storage, National Swedishboard for Energy source development, Stockholm (1977).[35]- Kashif, N., Ouyang, F., Parameters effect on heterogeneous photocalysed degradation of phenol in aqueousdispersion of TiO2 Journal of Environmental Sciences21 (2009) 527- 533[36]. Carp, O., Huisman, C.L., Reller, A., Photoinduced reactivity of titanium dioxideProgress in Solid State Chemistry 32 (2004) 33-177.[37]. Zhang, X., Fujishima, A., Jin, M., Emeline, A. V., Murakami, T, Double-Layered TiO2-SiO2 Nanostructured

films with self-cleaning and antireflective properties.Journal Phys. Chem B 110 (2006) 25142-25148.[38]. N. P. Mellott, C. Durucan, C. J. Pantano, M. Guglielmi,Thin solid films 50 (2006) 112-120.[39]. Romas, V., Pichat, P., Guillard, C., Chopin, T., Lehaut, C., Testing the efficacy and the potencial effect onindoor air quality of a transparent self-cleaning TiO2-coated glass through the degradation of a fluoranthene layer,Materials and Interfaces 38 (1999) 3878-3885.[40]. Diamanti, M. V., Brunella, M. F., Pedeferri, M. P., Pirotta, C., Manzocchi, P., Curtoni, S., Self-cleaning aantipolluting properties of TiO2-containing cementitious materials in Nanotech, May 2007.


31/62

30

[41]. Silva., S. Caracterizao de argamassas antigas - casos paradigmticos, in Cadernos edifcios 02- Revestimentos de paredes em edifcios antigos . LNEC, Lisboa (2002).[42]. Haarstrick, A., Oemer, M., Heinzle, E and K., TiO2-Assisted Degradation of Environmentally Relevant OrganicCompounds in Wasterwater Using a Nover Fluized Bed Photoreactor,Environ. Sci. Technol 30 (1996) 817-824.[43]. Nvio, J. A., Macias, M., Grcia-Gmez, M., Pradera, M.A., Functionalisation versus mineralisation of soN-heterocyclic compounds upon UV-illumination in the presence of un-doped and iron-doped TiO2 photocatalysts,Applied Cataysis B:Environmental 82 (2008) 225-232.[44]. Tomaselli. L., Lamenti, G., Tiano, P.,Chlorophyll fluorescence for evaluating biocide treatments againphototrophic biodeteriogensAnn Microbiol 52 (2002) 197-206.[45]. Vollenweider, R. A.,A manual on methods for measuring primary production in aquatic environments,Blackwell Scientific Publications, Oxford (1974).[46]. Adn, C. Bahamonde, A., Frnandez, M., Martnez-Arias, A., Structure and activity of nanosized iron-dopanatase TiO2 catalysts for phenol photocatalytic degradationAppiled Catalysis B: Environmental 72 (2007)11-17.[47] Asilturk, M., Sayilkan, F., Arpa, E., Effect of Fe+3 dopping to TiO2 on the photocatalytic degradation ofMalachite Green dye under UV and vis-irradiation, Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry203 (2009) 64-71.

[48]. Chuan, X., Hirano, M., Inagaki, M., Preparation and photocatalytic performance of anatase-mounted natuporous silica, pumice, by hydrolysis under hydrothermal conditionsApplied Catal B: Environmental 51 (2004) 255-260[49]- Faria, P., Henriques, F.A., Rato, V.M., Argamassas Correntes: Influncia do Tipo de Ligante e do Agregado[50]- Veiga, R.M., As argamassas na Conservaoin Actas das 1as Jornadas de Engenharia Civil daUniversidade de Aveiro, LNEC, Lisboa 2003.[51]- Pereira, T. A. R., Optimizao das caractersticas de humedecimento e secagem de argamassasDissertao de Mestrado, Faculdade de Cincias e Tecnologia Universidade Nova de Lisboa, Lisboa 2008.


32/62


33/62

32

Anexo II Constituio e execuo dos provetes das argamassas

Para um entendimento mais simples da constituio de ambas as argamassas estudadas neste trabalhoapresenta-se a seguinte tabela:

Tabela 1 Constituio das argamassasArgamassa Composio

Tipo Sigla adoptada Dosagem volumtrica Constituintes

Bastardas de cal areahidratada e cimento

AC 12:4:1 Areia de Corroios: cal area hidratadaem p: cimento branco

AQz 12:4:1 Areia siliciosa: cal area hidratada em p:imento branco

Procedimento para a execuo das ArgamassasEm primeiro lugar, executaram-se, em madeira, os moldes prismticos (4,5 x 4,5 x 2 cm) das argamassas.

Para o fabrico das argamassas, a massa de todos os componentes foi determinada numa balana delaboratrio de modo a fazer a converso para traos volumtricos (apresentados na Tabela 1).Em seguida, a areia e os ligantes foram misturados a seco num recipiente metlico com uma colher de

pedreiro, de modo a homogeneizar todos os componentes. O processo de mistura foi efectuado manualmente,com a colher de pedreiro, durante cerca de 2 minutos. Quando o processo de homogeneizao ficou concludo,adicionou-se gua e amassou-se a pasta at se obter um nvel de plasticidade considerado ideal.

Por ltimo, foram preenchidos os moldes de madeira. Com a ajuda de uma pequena colher,compactaram-se asargamassas, alisando a superfcie e removendo os excessos

Condies de cura das argamassas:O processo de cura muito importante para o desempenho das argamassas.Depois da moldagem dos provetes, estes foram acondicionados numa sala de ambiente controlado (T= 20

2C, HR=50 5%), durante 7 dias; depois, foram desmoldados e permaneceram a curar durante cerca de 50 dias.


34/62

33

Anexo III Caractersticas mineralgicas e propriedades fsicas dos materiais de construoseleccionados

Argamassas

1.1 Agregados

Agregado- Ampliao 4x Descrio microscpica e principais caractersticas

Referncia: Areia Barreira 0/4 P. C Cunha 3

A areia de Corroios/pinhal foi cedida pela empresaGrupo So

moreira, a.j. tratamentos e aplicaçoes prevenir biodeterioro. 2009

Documents